[發明專利]一種基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置

有效

• 申請號: 202210449771.3
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114964327B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 張裕生;陳達如;凌強;張斌;郁張維
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本發明公開了一種基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置。本發明利用了微結構光纖傳感器的時延隨彎曲量變化的特性，通過基于時間透鏡的時域放大系統對脈沖對時間間距的變化量進行放大及實時探測，確定實時彎曲量演化信息，并通過實時彎曲數量的大小確定彎曲方向、彎曲速度及彎曲加速度等信息，實現了多彎曲參量的同步實時傳感。時間透鏡具有時域放大功能，可以對微小彎曲量進行實時探測。本發明適用于高精度快速彎曲傳感，具有傳感效率高、價格低廉、結構緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度、高精度、多參量、實時性等優點。

技術領域

本發明屬于激光傳感技術領域，特別涉及一種基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置。

背景技術

隨著光纖制造和飛秒激光技術的快速發展，超快光纖激光器廣泛應用于生物成像、光通信、光譜學、傳感等領域。光纖布拉格光柵、微結構光纖等無源光學器件，因其具有結構簡單、柔性好、抗電磁、高精度、高靈敏度等特點在光纖傳感領域得到了廣泛應用。利用光纖(光纖器件)對環境物理量如溫度、壓力、電場、磁場的敏感性，通過監測在其中傳輸光的光強、相位、偏振等特性獲得相關物理量的改變信息，可以實現對外界物理量包含應力、壓強、溫度、振動的傳感，進而在醫療生物、醫學、航天、航空、機械、石化、建筑、高鐵、橋梁、國防工業等領域具有重要的應用潛力。

在光纖彎曲傳感技術方面，目前發展比較成熟的是光纖布拉格光柵、微結構光纖干涉結構，該技術主要依賴于彎曲環境下光纖布拉格光柵反射波長的變化來實現彎曲距離傳感，盡管做到較高距離精度，但是無法獲取更多信息如方向、速度、加速度等。這主要是因為目前的光纖傳感采用光譜儀采集數據，其通過機械掃描獲取光譜，通常測量速度較慢，不能實現對光譜的實時測量，從而無法獲取彎曲方向、速度、加速度等信息。

發明內容

本發明就是針對現有傳感技術的不足，提出了基于一種基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置，以解決目前無法實現對彎曲方向、速度、加速度等信息的同步實時獲取問題。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：

本發明包括激光源、光耦合器、彎曲感應單元、泵浦單元、基于四波混頻的時間透鏡單元、光電探測器和實時示波器。

所述激光源作為探測光源，其輸出端與光耦合器光纖連接，光耦合器用于對探測激光源分束，光耦合器的第一輸出端通過彎曲感應單元與基于四波混頻的時間透鏡單元的第一輸入端光纖連接，光耦合器的第二輸出端通過泵浦單元與基于四波混頻的時間透鏡單元的第二輸入端光纖連接，基于四波混頻的時間透鏡單元的輸出端與光電探測器的輸入端空間對準，光電探測器的輸出端與實時示波器通過同軸電纜連接；

所述基于四波混頻的時域放大單元用于實現對待測信號光進行時域放大，其基于時間透鏡原理，通過泵浦光和待測信號光的四波混頻效應，產生閑頻光，閑頻光反映具有相應時間放大倍數的待測信號光時域信息，所述的待測信號光為具有時間間隔的脈沖對，其是脈沖激光在經過彎曲感應單元時產生時延干涉所形成；

所述光電探測器將經過時域放大后的待測信號光時域信息進行探測并轉換成電信號，通過實時示波器對該電信號進行監測，并反演該待測信號光的脈沖時間間距，根據該待測信號光的脈沖時間間距演化信息反演彎曲距離、彎曲方向、彎曲速度、彎曲加速度信息。

本發明主要適用于對彎曲的實時監測，利用了微結構光纖傳感器的時延隨彎曲量變化的特性，通過基于時間透鏡的時域放大系統對脈沖對時間間距的變化量進行放大及實時探測，確定實時彎曲量演化信息，并通過實時彎曲數量的大小確定彎曲方向、彎曲速度及彎曲加速度等信息，實現了多彎曲參量的同步實時傳感。時間透鏡具有時域放大功能，可以對微小彎曲量進行實時探測。本發明適用于高精度快速彎曲傳感，具有傳感效率高、價格低廉、結構緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度、高精度、多參量、實時性等優點。

附圖說明

圖1為本發明基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置的原理示意圖；

圖2為本發明基于時間透鏡的實時彎曲傳感裝置的一個實施例光路圖；